CN110224806B - 一种混合信道通信条件下系统时间同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合信道通信条件下的系统时间同步方法，包括：设计时间同步报文的报文格式；请求端系统初始化报文，设置报文中的第一时刻ST1，并选择通信链路后将报文经通信链路发送给接收端系统；接收端系统收到报文后，根据通信链路设置通信链路特征值，并设置报文中的第二时刻ST2；根据通信链路特征值选择通信链路，设置报文中的第三时刻ST3，通过通信链路向请求端系统发送；请求端系统收到报文，设置时间同步报文中的第四时刻ST4；根据报文中的四个时刻计算系统时差，修正请求端系统的系统时间。采用前述方法能够实现系统间的时间同步，解决了混合信道通信条件下的系统时间难以高精度同步的问题，提升了指挥信息系统的准确性。

Description

一种混合信道通信条件下系统时间同步方法

技术领域

本发明涉及指挥信息系统技术领域，尤其涉及一种混合信道通信条件下系统时间同步方法。

背景技术

在指挥信息系统中，常常同时使用系统时间与天文时间两个时间。其中，天文时间即实际时间进程，具体的，可以为墙钟所显示的时间。而系统时间并非实际时间进程，具体的，可以是由指挥信息系统中的最高级系统为全域互联系统设置的一种时间标准，它可根据任务或规划进行设置调整。此外，不同于在模拟训练与仿真系统中对时间的调整包含了对时间的暂停、继续以及对时间步长的调整，在指挥信息系统中，对时间的调整仅限于对时间值的设置。

由于调整天文时间的本质就是调整了计算机系统的天文时间，在一个运行着的指挥信息系统中，如果对天文时间的调整较大，立刻实施该调整往往会造成系统软件的异常，甚至崩溃。或者，如果通过时间网络协议(Network Time Protocol，简称NTP)对天文时间进行逐步逼近慢慢调整，会造成天文时间长时间不能一致。因此，在指挥信息系统运行过程中，一般不调整天文时间。

如果每个指挥信息系统中都配有全球定位系统(Global Positioning System，简称GPS)或铷钟等时间源，能够保证天文时间一致，那么只要接收端系统向请求端系统下发系统时间与天文时间的时差，就能保证各个请求端系统的系统时间的一致性了。但在现实的指挥信息系统中，往往难以具备这些条件，并且指挥信息系统间的通信链路很复杂，常常有基于互联网协议(Internet Protocol，简称IP)的高速信道，如光纤IP信道，以及多条低速的点对点信道，如高频(High Frequency，简称HF)电台通信链路混合使用，互相冗余备份。在这些复杂的通信链路上，传输着大量各种类型的业务应用报文。不同的通信链路的传输时延也不同，且各个传输时延往往相差较大。为了遂行一致的任务，必须要保证每个指挥信息系统间的系统时间保持一致。因此，有必要设计一种在复杂的通信条件下的系统时间同步方法。

发明内容

本发明提供了一种混合信道通信条件下系统时间同步方法，以解决现有时间同步方法大多数为对天文时间的调整，在混合信道通信条件下难以实现对指挥信息系统进行高精度的时间同步的问题。

本发明提供了一种混合信道通信条件下系统时间同步方法，包括：

步骤1，设计时间同步报文的报文格式；

步骤2，请求端系统初始化所述时间同步报文，选择通信链路，设置所述时间同步报文中的第一时刻ST1，并将所述时间同步报文经所述通信链路发送给接收端系统；

步骤3，所述接收端系统收到时间同步报文，根据所述通信链路设置通信链路特征值，并设置所述时间同步报文中的第二时刻ST2；

步骤4，所述接收端系统根据通信链路特征值选择通信链路，设置所述时间同步报文中的第三时刻ST3，通过所述通信链路向请求端系统发送；

步骤5，所述请求端系统收到时间同步报文，设置所述时间同步报文中的第四时刻ST4；

步骤6，所述请求端系统根据第一时刻ST1、第二时刻ST2、第三时刻ST3和第四时刻ST4计算系统时差，根据所述系统时差修正请求端系统的系统时间。

进一步地，在一种实现方式中，所述步骤2，包括：

步骤2-1，设置所述时间同步报文中的系统编码，设置报文类型特征值为请求报文特征值，所述系统编码包括请求端系统编码与接收端系统编码；

步骤2-2，如果所述请求端系统到接收端系统有可用通信链路，所述请求端系统的发送模块选择通信链路，根据所述请求端系统当前的系统时间设置时间同步报文中的第一时刻ST1，经所述通信链路发送给接收端系统；

步骤2-3，如果所述请求端系统到接收端系统无可用通信链路，所述请求端系统丢弃所述时间同步报文。

进一步地，在一种实现方式中，所述步骤3，包括：

步骤3-1，所述接收端系统的接收模块收到时间同步报文，记录收到所述时间同步报文的通信链路，根据所述通信链路设置时间同步报文中的通信链路特征值；

步骤3-2，根据所述接收端系统当前的系统时间，设置所述时间同步报文中的第二时刻ST2，将所述时间同步报文转给接收端系统的发送模块。

进一步地，在一种实现方式中，所述步骤4，包括：

步骤4-1，所述接收端系统的发送模块根据时间同步报文中的通信链路特征值，判断所述通信链路是否可用；

步骤4-2，如果所述通信链路可用，设置所述时间同步报文中报文类型特征值为回复报文特征值，根据所述接收端系统当前的系统时间，设置所述时间同步报文中的第三时刻ST3，根据所述回复报文特征值将时间同步报文从通信链路发送给请求端系统；

步骤4-3，如果所述通信链路不可用，丢弃所述时间同步报文。

进一步地，在一种实现方式中，所述步骤5，包括：

步骤5-1，所述请求端系统的接收模块收到时间同步报文后，根据所述请求端系统当前的系统时间，设置所述时间同步报文中的第四时刻ST4；

步骤5-2，将所述时间同步报文转给请求端系统的时间管理模块。

进一步地，在一种实现方式中，所述步骤6，包括：

步骤6-1，所述请求端系统的时间管理模块根据时间同步报文中的系统编码，判断所述时间同步报文是否由请求端系统发出；

步骤6-2，如果所述时间同步报文不是由请求端系统发出，丢弃所述时间同步报文；

步骤6-3，如果所述时间同步报文是由请求端系统发出，提取所述时间同步报文中的第一时刻ST1、第二时刻ST2、第三时刻ST3和第四时刻ST4，根据以下公式，计算所述时间同步报文的往返传输时延delay：

delay＝(ST4-ST1)-(ST3-ST2)；

步骤6-4，根据所述往返传输时延delay，及以下公式，计算所述请求端系统与接收端系统的系统时差deltaT：

deltaT＝ST2-ST1-delay/2＝((ST2-ST1)+(ST3-ST4))/2；

步骤6-5，如果所述系统时差deltaT大于预设的时间精度阈值，将所述请求端系统的系统时间修正为当前的系统时间+系统时差deltaT；

步骤6-6，如果所述系统时差deltaT小于或等于预设的时间精度阈值，丢弃所述时间同步报文。

由以上技术方案可知，本发明实施例提供一种混合信道通信条件下系统时间同步方法，包括：步骤1，设计时间同步报文的报文格式；步骤2，请求端系统初始化所述时间同步报文，选择通信链路，设置所述时间同步报文中的第一时刻ST1，并将所述时间同步报文经所述通信链路发送给接收端系统；步骤3，所述接收端系统收到时间同步报文，根据所述通信链路设置通信链路特征值，并设置所述时间同步报文中的第二时刻ST2；步骤4，所述接收端系统根据通信链路特征值选择通信链路，设置所述时间同步报文中的第三时刻ST3，通过所述通信链路向请求端系统发送；步骤5，所述请求端系统收到时间同步报文，设置所述时间同步报文中的第四时刻ST4；步骤6，所述请求端系统根据第一时刻ST1、第二时刻ST2、第三时刻ST3和第四时刻ST4计算系统时差，根据所述系统时差修正请求端系统的系统时间。

本发明提供一种混合信道通信条件下系统时间同步方法，通过设计时间同步报文，定期由请求端系统向接收端系统发起系统时间同步请求，接收端系统回复，时间同步报文经由同一通信链路传输，通过计算请求端系统与接收端系统间的系统时差修正请求端系统的系统时间，实现两个系统间的时间同步，解决了在多条混合信道通信条件下的系统时间高精度同步问题。本发明实现原理简单可靠，通过工程实践证明，是一种有效的混合信道通信条件下高精度系统时间同步技术。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例部分提供的一种请求端系统与接收端系统之间多种通信链路互联示意图。

图2是本发明实施例部分提供的一种混合信道通信条件下系统时间同步方法的工作流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明主要应用于两个以上的指挥信息系统，为了遂行一致的任务，必须要保证每个指挥信息系统间的系统时间保持一致。通过本发明所述的一种混合信道通信条件下系统时间同步方法，能够利用所述指挥信息系统的传输功能，在复杂的通信链路上传输时间同步信息报文，实现两个以上的指挥信息系统间的时间同步。本发明中，所述通信链路与通信信道的含义基本相同，但存在一点差异，当表达通过某种通信手段传输时，一般用通信信道表达；而当表达数据链路层的数据传输时，一般用通信链路表达。此外，本发明中所述系统时间表示为：天文时间与偏移时间之和，所述偏移时间为系统时间相对天文时间的偏差值。

如图1所示，本发明包括以下处理步骤：

步骤1，设计时间同步报文的报文格式。本步骤中，所述报文格式如下：

所述时间同步报文的报文格式的设计，尤其是所述报文格式中ComLink字段的设计，在请求端系统与接收端系统间存在多种混合信道时，保证了请求报文与应答报文的传输是经由同一通信链路的，从而保证后继计算中往返传输时延的相等。

同时，为了排除其他业务应用报文传输对时间同步报文传输造成往返时延不稳定的影响，所述时间同步报文的优先级设置为最高，即只要有发送机会，则优先发送所述时间同步报文。因此，能够防止任何一个系统发送时间同步报文时，发送缓冲区中的数据量不一样，造成发送时延不一样的情况，保证了时间同步报文能够立刻发送。

所述时间同步报文由请求端系统周期性向接收端系统发送，收到接收端系统的回复后，对请求端系统的系统时间进行即时同步，从而保持请求端系统时间与接收端系统时间一致。

步骤2，请求端系统初始化所述时间同步报文，选择通信链路，设置所述时间同步报文中的第一时刻ST1，并将所述时间同步报文经所述通信链路发送给接收端系统。

步骤3，所述接收端系统收到时间同步报文，根据所述通信链路设置通信链路特征值，并设置所述时间同步报文中的第二时刻ST2。

具体的，本步骤中，可以通过设置ComLink字段设置通信链路特征值。

步骤4，所述接收端系统根据通信链路特征值选择通信链路，设置所述时间同步报文中的第三时刻ST3，通过所述通信链路向请求端系统发送。

具体的，本步骤中，可以根据ComLink字段的通信链路特征值选择原通信链路，保证了接收端系统与请求端系统之间选择相同的通信链路进行时间同步报文的传输。在具体应用场景中，不同指挥信息系统对于通信链路的表示方法可能不一样，可以用不同数字表示不同通信链路特征值。

步骤5，所述请求端系统收到时间同步报文，设置所述时间同步报文中的第四时刻ST4。

步骤6，所述请求端系统根据第一时刻ST1、第二时刻ST2、第三时刻ST3和第四时刻ST4计算系统时差，根据所述系统时差修正请求端系统的系统时间。

本发明提供一种混合信道通信条件下系统时间同步方法，通过设计时间同步报文，定期由请求端系统向接收端系统发起系统时间同步请求，接收端系统回复，时间同步报文经由同一通信链路传输，通过计算请求端系统与接收端系统间的系统时差修正请求端系统的系统时间，实现两个系统间的时间同步，解决了在多条混合信道通信条件下的系统时间高精度同步问题。具体的，本实施例中描述了一次发送时间同步请求进行时间同步的过程，通过设置定时器即可定期发送时间同步请求，而定期的时间间隔，可以由不同的指挥信息系统决定。

本实施例中，所述步骤2包括：

步骤2-1，设置所述时间同步报文中的系统编码，设置报文类型特征值为请求报文特征值，所述系统编码包括请求端系统编码与接收端系统编码；

具体的，本步骤中，可以设置时间同步报文中的Source字段为请求端系统编码，Dest字段为接收端系统编码，报文类型特征值为请求报文特征值，可以表示为时间同步报文中Flag字段为0。

步骤2-2，如果所述请求端系统到接收端系统有可用通信链路，所述请求端系统的发送模块选择通信链路，根据所述请求端系统当前的系统时间设置时间同步报文中的第一时刻ST1，经所述通信链路发送给接收端系统。

本步骤中，所述第一时刻ST1即请求端系统当前的系统时间。通过本步骤，保证了无论发现系统时间偏移多少，都可以直接调整系统时间，而不会像调整天文时间时，如果调整的偏移太大而造成指挥信息系统或软件的不稳定。

步骤2-3，如果所述请求端系统到接收端系统无可用通信链路，丢弃所述时间同步报文。本步骤，表示本次系统时间同步失败。

本实施例中，所述步骤3包括：

步骤3-1，所述接收端系统的接收模块收到时间同步报文，记录收到所述时间同步报文的通信链路，根据所述通信链路设置时间同步报文中的通信链路特征值。

具体的，本步骤中，可以通过设置ComLink字段设置通信链路特征值。在具体应用场景中，不同指挥信息系统对于通信链路的表示方法可能不一样，可以用不同数字表示不同通信链路特征值。

步骤3-2，根据所述接收端系统当前的系统时间，设置所述时间同步报文中的第二时刻ST2，将所述时间同步报文转给接收端系统的发送模块。

本步骤中，所述第二时刻ST2即接收端系统当前的系统时间。

本实施例中，所述步骤4包括：

步骤4-1，所述接收端系统的发送模块根据时间同步报文中的通信链路特征值，判断所述通信链路是否可用。

本步骤中，一般通信链路是否可用的状态一般是指挥信息系统中的链路管理模块负责，而通信链路的管理维护涉及一个比较复杂的过程，如点对点通信链路中的管理维护，包括了端口的打开，底层建立通信链路过程的三次握手，以及建立通信链路成功后的定期链路维护等步骤。

步骤4-2，如果所述通信链路可用，设置所述时间同步报文中报文类型特征值为回复报文特征值，根据所述接收端系统当前的系统时间，设置所述时间同步报文中的第三时刻ST3，根据所述回复报文特征值将时间同步报文从通信链路发送给请求端系统。

本步骤中，所述第三时刻ST3即接收端系统当前的系统时间。此外，报文类型特征值为回复报文特征值，可以表示为Flag字段为1。

步骤4-3，如果所述通信链路不可用，丢弃所述时间同步报文。本步骤，表示本次系统时间同步失败。

本实施例中，所述步骤5包括：

步骤5-1，所述请求端系统的接收模块收到时间同步报文后，根据所述请求端系统当前的系统时间，设置所述时间同步报文中的第四时刻ST4。

本步骤中，所述第四时刻ST4即请求端系统当前的系统时间。

步骤5-2，将所述时间同步报文转给请求端系统的时间管理模块。

通过上述步骤，能够保证在混合信道通信条件下，请求报文与回复报文在相同通信链路上传输，保证了往返时延的一致，这是后续步骤中计算系统时差的基础。

此外，上述步骤中提及的当前的系统时间，在各个步骤中代表了进行不同操作时不同的系统时间，分别表示为第一时刻ST1、第二时刻ST2、第三时刻ST3和第四时刻ST4四个时刻。

本实施例中，所述步骤6包括：

步骤6-1，所述请求端系统的时间管理模块根据时间同步报文中的系统编码，判断所述时间同步报文是否由请求端系统发出。

步骤6-2，如果所述时间同步报文不是由请求端系统发出，丢弃所述时间同步报文。本步骤，表示本次系统时间同步失败。

步骤6-3，如果所述时间同步报文是由请求端系统发出，提取所述时间同步报文中的第一时刻ST1、第二时刻ST2、第三时刻ST3和第四时刻ST4，根据以下公式，计算所述时间同步报文的往返传输时延delay：

delay＝(ST4-ST1)-(ST3-ST2)；

本步骤中，由于时间同步报文发送请求与回复使用了同一通信链路，因此可假定来回通信链路是对称的，即传输时延相等。

步骤6-4，根据所述往返传输时延delay，及以下公式，计算所述请求端系统与接收端系统的系统时差deltaT：

deltaT＝ST2-ST1-delay/2＝((ST2-ST1)+(ST3-ST4))/2；

步骤6-5，如果所述系统时差deltaT大于预设的时间精度阈值，将所述请求端系统的系统时间修正为当前的系统时间+系统时差deltaT；

本步骤中，所述预设的时间精度阈值一般在1-50ms之间，具体的，所述预设的时间精度阈值可以为10ms。此外，本步骤中所述当前的系统时间，为进行本步骤中操作时的系统时间，与其他步骤中所述的当前的系统时间相互区分。

步骤6-6，如果所述系统时差deltaT小于或等于预设的时间精度阈值，丢弃所述时间同步报文。本步骤，表示本次系统时间不需要同步。

由以上技术方案可知，本发明实施例提供一种混合信道通信条件下系统时间同步方法，包括：步骤1，设计时间同步报文的报文格式；步骤2，请求端系统初始化所述时间同步报文，选择通信链路，设置所述时间同步报文中的第一时刻ST1，并将所述时间同步报文经所述通信链路发送给接收端系统；步骤3，所述接收端系统收到时间同步报文，根据所述通信链路设置通信链路特征值，并设置所述时间同步报文中的第二时刻ST2；步骤4，所述接收端系统根据通信链路特征值选择通信链路，设置所述时间同步报文中的第三时刻ST3，通过所述通信链路向请求端系统发送；步骤5，所述请求端系统收到时间同步报文，设置所述时间同步报文中的第四时刻ST4；步骤6，所述请求端系统根据第一时刻ST1、第二时刻ST2、第三时刻ST3和第四时刻ST4计算系统时差，根据所述系统时差修正请求端系统的系统时间。

本发明提供一种混合信道通信条件下系统时间同步方法，通过设计时间同步报文，定期由请求端系统向接收端系统发起系统时间同步请求，接收端系统回复，时间同步报文经由同一通信链路传输，通过计算请求端系统与接收端系统间的系统时差修正请求端系统的系统时间，实现两个系统间的时间同步，解决了在多条混合信道通信条件下的系统时间高精度同步问题。本发明实现原理简单可靠，通过工程实践证明，是一种有效的混合信道通信条件下高精度系统时间同步技术。

具体实现中，本发明还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质可存储有程序，该程序执行时可包括本发明提供的一种混合信道通信条件下系统时间同步方法的各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(英文：read-only memory，简称：ROM)或随机存储记忆体(英文：random access memory，简称：RAM)等。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。

Claims (6)

1.一种混合信道通信条件下的系统时间同步方法，其特征在于，所述方法应用于两个及两个以上的指挥信息系统之间的系统时间同步，所述系统包括请求端系统和接收端系统，所述指挥信息系统之间采用两种及两种以上的通信链路进行通信，所述方法包括：

步骤1，设计时间同步报文的报文格式，所述时间同步报文的报文格式包括用于设置通信链路特征值的字段；

步骤2，所述请求端系统初始化所述时间同步报文，选择通信链路，设置所述时间同步报文中的第一时刻ST1，并将所述时间同步报文经所述通信链路发送给接收端系统；

步骤3，所述接收端系统收到时间同步报文，根据所述通信链路设置通信链路特征值，并设置所述时间同步报文中的第二时刻ST2；

步骤4，所述接收端系统根据通信链路特征值选择通信链路，设置所述时间同步报文中的第三时刻ST3，通过所述通信链路向请求端系统发送；

步骤5，所述请求端系统收到时间同步报文，设置所述时间同步报文中的第四时刻ST4；

步骤6，所述请求端系统根据第一时刻ST1、第二时刻ST2、第三时刻ST3和第四时刻ST4计算系统时差，根据所述系统时差修正请求端系统的系统时间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2，包括：

步骤2-1，设置所述时间同步报文中的系统编码，设置报文类型特征值为请求报文特征值，所述系统编码包括请求端系统编码与接收端系统编码；

步骤2-2，如果所述请求端系统到接收端系统有可用通信链路，所述请求端系统的发送模块选择通信链路，根据所述请求端系统当前的系统时间设置时间同步报文中的第一时刻ST1，经所述通信链路发送给接收端系统；

步骤2-3，如果所述请求端系统到接收端系统无可用通信链路，丢弃所述时间同步报文。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3，包括：

步骤3-1，所述接收端系统的接收模块收到时间同步报文，记录收到所述时间同步报文的通信链路，根据所述通信链路设置时间同步报文中的通信链路特征值；

步骤3-2，根据所述接收端系统当前的系统时间，设置所述时间同步报文中的第二时刻ST2，将所述时间同步报文转给接收端系统的发送模块。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4，包括：

步骤4-1，所述接收端系统的发送模块根据时间同步报文中的通信链路特征值，判断所述通信链路是否可用；

步骤4-2，如果所述通信链路可用，设置所述时间同步报文中报文类型特征值为回复报文特征值，根据所述接收端系统当前的系统时间，设置所述时间同步报文中的第三时刻ST3，根据所述回复报文特征值将时间同步报文从通信链路发送给请求端系统；

步骤4-3，如果所述通信链路不可用，丢弃所述时间同步报文。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5，包括：

步骤5-1，所述请求端系统的接收模块收到时间同步报文后，根据所述请求端系统当前的系统时间，设置所述时间同步报文中的第四时刻ST4；

步骤5-2，将所述时间同步报文转给请求端系统的时间管理模块。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤6，包括：

步骤6-1，所述请求端系统的时间管理模块根据时间同步报文中的系统编码，判断所述时间同步报文是否由请求端系统发出；

步骤6-2，如果所述时间同步报文不是由请求端系统发出，丢弃所述时间同步报文；

步骤6-3，如果所述时间同步报文是由请求端系统发出，提取所述时间同步报文中的第一时刻ST1、第二时刻ST2、第三时刻ST3和第四时刻ST4，根据以下公式，计算所述时间同步报文的往返传输时延delay：

delay＝(ST4-ST1)-(ST3-ST2)；

步骤6-4，根据所述往返传输时延delay，及以下公式，计算所述请求端系统与接收端系统的系统时差deltaT：

deltaT＝ST2-ST1-delay/2＝((ST2-ST1)+(ST3-ST4))/2；

步骤6-5，如果所述系统时差deltaT大于预设的时间精度阈值，将所述请求端系统的系统时间修正为当前的系统时间+系统时差deltaT；

步骤6-6，如果所述系统时差deltaT小于或等于预设的时间精度阈值，丢弃所述时间同步报文。

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